iOS Runloop学习

这篇文章是在看了sunnyxx大神的线下分享后整理的学习笔记（文中部分图片出自视频，所以不太清晰，文末会放上视频链接）

概念

Runloop就像它的名字一样,就是跑环.我的理解就是一个死循环.是一个可以随时睡眠,随时唤醒的死循环

大家可以想一下,手机app为什么会一直运行?而且在接收到用户点击等等操作时就会有所反映.这个离不开runloop.

iOS app启动时就会启动一个runloop,而且这种模式应该Android也有,所以才会有了app能一直运行

每个线程都有一个runloop,但是只有主线程的runloop是默认开启的,其他子线程需要调用NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];获取runloop的同时就会创建runloop

一个线程可以创建多个runloop,但是只能是嵌套模式.也就是一个线程只有一个根runloop

作用

1. 使程序一直运行,并且接收用户输入等事件
2. 决定程序什么时候处理什么事件
3. 调用方面 解耦(比如用户划一下屏幕,会产生N个event事件,但是用户不可能等着被调方全部执行完再进行下一步的动作,也就是会将此系列事件扔到一个消息队列里,每次再从消息队列里面取,主调方与被调方实现解耦)
4. 节省CPU(因为runloop在没事干的时候是休眠状态,只有接收到信号的时候才会唤醒,执行相应的操作)

runloop是由事件驱动的

这里区分下命令式驱动跟事件驱动

命令式驱动

int main(int argc, char * argv[]) {
    NSLog(@"hello world");
    return 0;
}

event驱动(伪代码)

int main(int argc, char * argv[]) {
    while (AppIsRunning) {
        id whoWakesMe = SleepForWakingUp;
        id event = GetEvent(whoWakesMe);
        HandleEvent(event);
    }
    return 0;
}

举个栗子,就像一个人活着就是个大runloop

while (活着){
	有事干了 = 我睡觉了没事别叫我();
	if(该吃饭){
		吃饭();
	}else if(该上厕所){
		上厕所();
	}
}

NSRunloop是对CFRunloop的封装

与CFRunloop相关的有GCD,mach kernel是苹果内核的东西,还有block,pthread等

与咱们平时敲代码比较近一层有以下这些

• NSTimer 计时器完全依赖于runloop
• UIEvent 事件的产生到分发给代码都是通过runloop
• Autorelease 自动释放也是在runloop跑完一圈后
• NSObject(NSDelayedPerforming) performSelector,cancel
• NSObject(NSThreadPerformAddition) performSelectorOnMainThread,performSelectorOnBackgroundThread
• CA层的CADisplayLink(每画一帧会有一个回调),CATransition,CAAnimation
• dispatch_get_main_queue()
• NSURLConnection
• AFNetworking,它的delegate跟网络传输数据都是在它的runloop里面执行的
• NSPort 描述通讯信道的抽象类
• 等等..

如图所示:APP启动,start-->main.m进入-->Graphics Services(处理硬件交互的服务,比如用户点击屏幕)-->RunLoop(CFRunLoop开头的)-->Handle event

在runloop中定义了以下6种函数

static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__();
static void __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__();

几乎所有的函数都是从以上6中函数中调起.比如上图中就是调用的static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__();static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__()
然后开始调用event

RunLoop机制

• RunLoop跟Thread是一一绑定的(也就是之前说的一个Thread里只有一个根runloop但是可以嵌套N个)
• CFRunLoopMode:RunLoop必须在系统定义的几种模式下运行
• 下边几种是在RunLoopMode里面的

比较抽象,继续往下走

CFRunLoopTimer包括以下几种常见方法的封装

CFRunLoopSource

• source是RunLoop的数据源(输入源)的抽象类(protocol)
• RunLoop定义了两个version的Source:

1.source0:处理App内部事件,App自己负责管理(出发),如UIEvent、CFSocket

2.source1:由RunLoop和内核管理， Mach Port(进程间通讯端口)驱动，如CFMachPort、CFMessagePort

• 如果有需要，可从中选择一种实现自己的source（基本不会发生）

CFRunLoopObserver:告知外界当前状态

    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),// 即将进入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),// 即将处理 Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),// 即将处理 Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),// 即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),// 刚从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),// 即将退出Loop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU//所有状态

RunLoopObserver与Autorelease Pool

大家面试的时候可以问问面试者这个问题，autorelease的对象到底在什么时候释放？

根据孙源大神测试，AutoreleasePool通常在RunLoop两次Sleep之间释放

CFRunLoopMode

• RunLoop在同一时间只能且必须在一种特定的Mode下Run
• 更换Mode时，需要停止当前RunLoop,然后重启新的RunLoop
• Mode是iOS App流畅滑动的关键（因为在滑动时的Mode跟平时运行的Mode是不一样，从而避免干扰）
• 也可以基于系统的Mode创建自己的Mode（也是基本不会发生的）

系统定义的Mode有以下几种：

1. CFRunLoopDefaultMode: 这个是默认 Mode，也是空闲状态。主线程通常在这个 Mode 下运行的。
2. UITrackingRunLoopMode: ScrollView滚动时候的模式。
3. UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动程序时进入的第一个 Mode，私有，启动完成后就不再使用。
4. GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部的Mode，这个Mode由GraphicsServices调用在CFRunLoopRunSpecific前面。通常用不到。
5. CFRunLoopCommonModes: 这是一个数组，默认包括了第1和第2种模式，可以添加自己的Mode。

UITrackingRunLoopMode与NSTimer

下面的方法Timer被添加到 NSDefaultRunLoopMode，在滑动Scrollview的时候系统会切换至 UITrackingRunLoopMode，Timer就会暂时停止

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerTick:) userInfo:nil repeats:YES];

若不希望Timer被滑动影响，需添加到 NSRunLoopCommonMode

NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerTick:) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop]addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

下图表示App在滑动时的Mode切换

RunLoop与dispatch_get_main_queue()

前面有说到GCD跟RunLoop有关系，其实本身GCD跟RunLoop是没有关系的，但是如果把queue填成main_queue就有关系了，关系只在于调起的过程是在RunLoop

GCD的主线程就是App的主线程，所以在GCD牵扯的主线程会转交给RunLoop去调起

RunLoop的挂起与唤醒

在App运行时，在Debug栏里按下暂停，会出现以下堆栈

这就是RunLoop的睡眠状态，与刚刚说的MachPort有关系，图片里面上边的两个mach_msg会指定一个端口发给内核一个消息，这会儿就是正在等待接收信息的状态，也就是等待唤醒，内核此刻将其挂起（不是传统意义的挂起，还在内存里，其实就是睡眠状态，等个闹钟，或者有人叫醒）

等待到唤醒的过程：(类似于NSNotificationCenter,在收到Post时唤醒进行处理)

• 指定用于唤醒的mach_port端口
• 调用mach_msg监听唤醒端口，被唤醒前，系统内核将此线程挂起，停留在mach_msg_trap状态
• 由另一个线程（或另一个进程中的某个线程）向内核发送这个端口的msg后，trap状态被唤醒，RunLoop继续运行

RunLoop迭代执行顺序（伪代码）

//设定过期时间
SetupThisRunLoopRunTimeOutTimer();	//by GCD timer
do{
	//通知Observer要跑timer跟source
	__CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeTimers);
	__CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeSources);
	
	__CFRunLoopDoBlocks();
	//运行到此刻，去检测当前加到消息队列source0的消息，此方法遍历source0去执行
	__CFRunLoopDoSource0();
	
	//询问GCD有没有分到主线程的东西需要调用
	CheckIfExistMessageInMainDispatchQueue();	//GCD
	
	//通知Observer要进入睡眠
	__CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeWaiting);
	//此刻获取到是哪个端口把我叫醒
	var	wakeUpPort = SleepAndWaitForWakingUpPorts();
	//	mach_msg_trap
	//	Zzz...
	//	Received mach_msg,	wake up!
	
	//通知Observer我要醒了~
	__CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopAfterWaiting);
	//Handler msgs
	if(wakeUpPort == timerPort){
		//如果是timer唤醒就去执行timer
		__CFRunLoopDoTimer();
	}else if(wakeUpPort == mainDispatchQueuePort){
		//GCD需要我，就去调GCD的事件
		__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE();
	}else{
		//比如说网络来数据了就会用这个端口唤醒，然后做数据处理
		__CFRunloopDoSource1();
	}
	__CFRunLoopDoBlocks();
}while (!stop && !timeOut);//如果没被外部干掉或者时间没到，继续循环
 
   
 
   

     其中var wakeUpPort = SleepAndWaitForWakingUpPorts();这句伪代码可以看作是RunLoop的核心。内部实现简化为这样：先调用__CFRunLoopServiceMachPort() ——> 里面会调用mach_msg()函数 然后会卡在这里，等待接收消息来唤醒RunLoop。直到下面的某个条件被触发才被唤醒： 
    
 
     
time_out 超时时间到了
 
     
有一个Source事件
 
     
timer的时间到了
 
    
 RunLoop 调用mach_msg()函数去接收消息，如果没有其他 mach_port 发送消息过来，内核就会将线程置于等待状态，直到接收到msg。就好比我们在一个函数中，调用了scanf()函数来接收输入一样，只有收到了输入信息，代码才能继续向下执行，否则会一直卡在那里。 
   
 
   
AFNetworking中RunLoop的创建
 
  

这段代码在AFURLConnectionOperation.m的157到174行

添加一个port监听以达到常驻服务。比如，当我们的程序要提供语音服务的时候，就可以创建一个专门为语音功能服务的线程，当需要语音服务的时候，这个线程就可以来执行。下图是AFNetWorking的进程堆栈

一个TableView延迟加载图片的新思维

这个问题是有的TableView有大量图片（比如头像）加载，在滑动的时候，请求网络，下载完图片之后设置的时候会卡，往常的解决方案一般是添加delegate之类的，检测什么时候滑动结束什么时候去设置图片

在知道RunLoop之后，可以采用下面的方案，在DefaultMode去做，这样滑动的时候就不会调用设置图片方法

UIImage *downLoadImage = ...;
[self.avatarImageView performSelector:@selector(setImage:)
						withObject:downloadImage
						afterDelay:0
						inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

让Crash的App回光返照

App崩溃的发生分两种情况：

1. program received signal:SIGABRT SIGABRT 一般是过度release 或者 发送 unrecogized selector导致。
2. EXC_BAD_ACCESS 是访问已被释放的内存导致,野指针错误。

由 SIGABRT 引起的Crash 是系统发这个signal给App，程序收到这个signal后，就会把主线程的RunLoop杀死，程序就Crash了 该例只针对 SIGABRT引起的Crash有效

 //创建RunLoop
    CFRunLoopRef runloop = CFRunLoopGetCurrent();
    //获取所有Mode，因为可能有很多Mode，每个Mode都需要跑，此处可以选择提交下崩溃信息之类的
    UIAlertView *alertView = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"程序崩溃了" message:@"崩溃信息" delegate:nil cancelButtonTitle:@"取消" otherButtonTitles:nil];
    
    [alertView show];
    NSArray *allModes = CFBridgingRelease(CFRunLoopCopyAllModes(runloop));
    while (1) {
        //快速切换Mode
        for (NSString *mode in allModes) {
            CFRunLoopRunInMode((CFStringRef)mode, 0.001, false);
        }
    }
 
   
 
   
 
   
 接到Crash的Signal后手动重启RunLoop 
  

备注

• 附上大神的视频讲解线下交流RunLoop
• 如果有理解不正确的地方，希望大家提出来，谢谢